投影寻踪模型在膨胀岩判别与分级中的应用

由于泥质岩富含黏土矿物,尤其是成岩程度较低的中新生代泥质岩常具有显著的膨胀性,而成为膨胀岩的主要类型。在对现有膨胀岩判别指标进行全面分析后,提出以蒙脱石含量、胶结系数和比表面积作为泥质岩膨胀性判别与分级的三大指标。基于投影寻踪模型方法,以新疆大坂隧洞工程中采集的20个泥质岩样为样本进行了分析。根据20个样本最优投影值的移动平均趋势线,该处泥质岩的膨胀性可分为非膨胀、微膨胀、弱膨胀和强膨胀4个等级。与较为常用的岩块干燥饱和吸水率指标判别结果基本一致,结果表明,所选指标和方法是可靠的。     

泥质膨胀岩崩解物粒径分布与膨胀性关系试验研究

崩解性是膨胀岩最基本的特性之一,但在膨胀岩膨胀性的快速判别指标中少见关于崩解性及崩解物的定量指标。因此,有必要开展膨胀岩崩解物粒径分布特征和崩解性与膨胀性之间关系的研究,以对膨胀岩的快速判别进行补充。以浙江台州黑洞、蛇蟠岛和新疆大阪隧洞泥质岩样品为例,进行了干燥饱和吸水率和干燥饱和崩解试验,并分析了干燥崩解物粒径分布特征、耐崩解性指数及其与基于干燥饱和吸水率的膨胀性判别结果之间的关系。结果表明,膨胀岩膨胀性的强弱与其崩解物的最大含量粒组颗粒粒径、有效粒径和耐崩解性指数呈反相关关系。膨胀岩崩解物粒径分布的差异性对其膨胀性具有一定的指示意义。     

膨胀岩的判别与分类标准

膨胀岩的判别与分级是膨胀岩研究的重要内容。本文在分析和总结了前人研究成果的基础上,提出了一种以膨胀岩中亲水矿物成分的含量为基础控制指标,以岩块的干燥饱和吸水率、极限膨胀量、极限膨胀力为主要控制指标新的标准。并利用新的标准对文献中的工程实例进行了分析应用。     

泥质岩膨胀势判断及其破坏机理分析

应用曲永新提出的不规则岩块干燥饱和吸水率判别法和成岩胶结系数指标法,对山西某一煤矿巷道中泥质岩的膨胀性进行综合判定,其属于非膨胀性泥质岩。并对巷道中岩样的矿物组成成分进行分析,岩石中石英和铁矿的含量较多,且分布极不均匀,所含粘土矿物主要为高岭石。最后,从岩石的矿物组成、结构构造、节理面及微节理面的特征以及岩石在受压力时裂隙的扩张情况等角度,综合分析得出泥质岩以脆性破坏为主。     

大坂TBM开挖隧洞强膨胀性泥岩组份结构及力学特性

TBM开挖中遇膨胀岩发生卡机等问题,是制约施工速度和机械安全的重要地质因素。针对大阪引水隧洞穿越中侏罗统西山窑组(J_2x)泥质岩时发生多次卡机,刀盘被掩埋等问题,开展了泥质岩粘土矿物组份、微观结构研究。通过测试粉砂质泥岩、泥岩和碳质泥岩物理水理指标(比表面积、蒙脱石含量、干燥饱和吸水率),评价膨胀程度。据碳质泥岩工程力学参数(膨胀力、岩石强度)实验,得到力学强度。研究发现,J_2x~3～J_2x~43类泥质岩中,劈理化碳质泥岩为强膨胀岩,膨胀率为9.85%,膨胀力为250 k Pa。挤压构造作用下,破劈裂发育和高蒙脱石含量(34.47%)决定了其强的膨胀特性。重塑样抗压强度0.36 MPa,属极软岩。基于此,采用二次加固、重型管片等变更设计方案,工程取得成功。     

膨胀土多指标定量分类方法研究

膨胀土的胀缩等级评判是进行膨胀土治理的首要任务,对膨胀土的判别与分类方法开展研究具有重要意义。本文在前人研究的基础上,选取膨胀土分类常用的4项指标(液限、塑限、自由膨胀率和标准吸湿含水率),利用粗糙集理论对各指标在分类时的重要性进行评价,进而建立一种简单的膨胀土多指标定量分类方法,易于工程实践操作。     

南宁轨道交通一号线穿越膨胀岩区工程详勘探讨

通过分析南宁盆地第三系泥岩工程地质及水文地质条件,并结合南宁轨道交通工程建设特点,探讨了1号线穿越膨胀岩区的岩土工程勘察方法、试验项目及相关注意事项。提出了南宁轨道交通穿越膨胀岩区详细勘察中对钻孔间距及封孔要求、现场描述等内容;其中对室内试验建议补充岩石矿物的鉴定、吸水率和饱和吸水率试验、耐崩解试验、膨胀性试验;原位试验项目建议增加地应力试验、现场基床系数K_(30)试验、现场浸水载荷试验、水平膨胀力试验项目。并针对一些特殊勘察项目,如现场测定基床系数K_(30)、热物理指标及水平膨胀力等提出一些建议。     

引黄入晋工程中的膨胀岩及其工程设防

本文在对晋西北引黄入晋隧洞工程区陆相沉积地层中泥质膨胀岩分布特征与工程特性进行调查研究的基础上, 提出了利用膨胀岩特有规律优化隧洞线路布设与施工的工程控制方法。这对膨胀岩区地下工程的灾害预测与防治具有重要意义和参考价值。     

南京红山窑第三系红砂岩膨胀变形性质试验研究

针对原状红砂岩具有自由膨胀率为3.5 %、而膨胀力高达270 kPa、干燥岩样峰值强度为5.85 MPa、饱和岩样抗压强度仅为0.20 MPa等这些特殊性质的膨胀岩,采用MTS815.02型岩石力学刚性伺服试验机与自行研制的岩石膨胀测量仪,进行了不同含水率红砂岩膨胀变形性质试验。结果表明：(1) 在低荷载状态下,红砂岩膨胀应变随着含水率增加而呈对数形增长;(2) 在高荷载作用下,红砂岩膨胀应变与吸水率之间存在着线性关系;(3) 红砂岩吸水膨胀应变在较短的时间内基本完成,随着时间的延长,膨胀变形将趋于稳定。在此基础上,提出了确定膨胀稳定时间的理想概化数学模型。研究成果对南京红山窑水利工程膨胀岩地基处理方案设计、施工具有重要的指导意义。     

贵南高铁南宁段古近系泥岩膨胀性判别指标适用性分析

贵南高铁南宁段古近系泥岩是湖沼沉积型半成泥岩,易遇水软化,失水崩解,有一定胀缩性。依托贵南高铁南宁段泥岩样品膨胀性试验数据及路堑边坡人字型骨架开裂的实际现象,采用了相关性、线性回归、匹配度等分析方法,对膨胀性判别指标适用性进行了研究。研究结果表明,干燥饱和吸水率单指标膨胀潜势分级结果与实际较接近,天然湿度样品的膨胀力、交换阳离子含量、蒙脱石含量及自由膨胀率等单指标膨胀潜势分级结果易下降1–2个等级。     

泥质岩膨胀各向异性与循环胀缩特征

采用自主开发研制的软岩膨胀试验装置,对新生代煤系地层中泥质岩进行膨胀试验研究,分析了泥质岩膨胀各向异性以及循环胀缩特性,并结合SEM试验结果,探讨了膨胀各向异性和循环胀缩特性的形成机制。结果表明:泥质岩膨胀性随岩样端面与层理面夹角的增大而减小,具有明显的各向异性;泥质岩所含黏土矿物颗粒排列的择优取向导致了泥质岩吸水膨胀的各向异性,可通过膨胀各向异性系数进行定量描述;随着干湿循环次数的增加,泥质岩绝对膨胀率增加,趋于某一稳定值;相对膨胀率和相对收缩率降低,亦趋于某一稳定值;泥质岩循环胀缩特性是干湿循环过程中矿物颗粒排列方式改变和微裂隙萌生扩展的能量耗散共同作用的结果。     

四川炉霍-道孚构造带“如年各岩组”研究进展

通过1∶50 000炉霍县幅区域地质调查详细填图工作,如年各岩组主要为一套整体有序,局部无序(滑塌沉积混杂无序)的地层。碳酸盐外来滑塌岩块、火山喷发混杂造成地层中新的砂泥质沉积与早期成岩的碳酸盐岩块分属不同时代,但这属于沉积混杂,排除外来岩块,砂泥质基质仍然是成层有序的,无论是野外还是室内,均未发现砂泥质基质有类似佛朗西斯科混杂岩的剪切现象(后期鲜水河断裂的破坏不在此列),排除了其蛇绿岩组合的可能。     

四川炉霍-道孚构造带“如年各岩组”研究进展

通过1∶50 000炉霍县幅区域地质调查详细填图工作,如年各岩组主要为一套整体有序,局部无序(滑塌沉积混杂无序)的地层。碳酸盐外来滑塌岩块、火山喷发混杂造成地层中新的砂泥质沉积与早期成岩的碳酸盐岩块分属不同时代,但这属于沉积混杂,排除外来岩块,砂泥质基质仍然是成层有序的,无论是野外还是室内,均未发现砂泥质基质有类似佛朗西斯科混杂岩的剪切现象(后期鲜水河断裂的破坏不在此列),排除了其蛇绿岩组合的可能。     

基于湿度应力场理论的硬石膏岩膨胀试验研究

传统的湿度应力场理论处理硬石膏围岩膨胀问题时,未反映膨胀特性与湿度状态之间的时变关系。以该理论为基础,设计硬石膏岩膨胀试验：不同初始湿度下的膨胀,不同浸水时间的膨胀,以及膨胀后的抗拉强度测试。试验发现：随初始湿度的增加,硬石膏岩膨胀持续的时间增长,最大膨胀应变和应力增大,终止时的吸水率和结晶水率增加,而自由水率近于0;相同初始湿度下,随浸水时间增加,其吸水率先快速后缓慢增加,结晶水率逐渐增大到接近于吸水率,自由水率逐渐减小到接近于0;随吸水率的增加,其最大轴向膨胀应变、最大侧向膨胀应力和抗拉强度都呈增大趋势。根据试验结果,建立了湿度状态时变系列方程以及含时间效应的膨胀本构模型。     

引江济汉工程渠坡膨胀土分级评价量化模型研究

膨胀土的膨胀潜势由于受到诸多因素的控制,其量化分级长期以来都是一个未能得到很好解决的难题。本文以南水北调中线引江济汉工程渠坡膨胀土为研究对象,通过对试验数据的分析,给出了膨胀土分类的建议取值;依据该分类标准,综合人工神经网络、Fisher判别分析以及粗糙集理论3种数学方法,对40组土样的膨胀等级进行了综合性指标的判别分析,通过比较研究,确定了最终的分级结果;根据每种数学方法的判别结果与操作方法,基于理论相对简单、操作简便、易于为广大科研工作者接受的原则,建议优先考虑Fisher判别方法对膨胀土进行分级评判;结合样品的蒙脱石含量,给出了分级标准的建议值,验证了膨胀土分级数学方法的可靠性,从而为引江济汉工程后续开挖渠道段膨胀土的分类及判别提供了理论依据。     

砾岩隧洞的长期稳定性分析

本文首先研究某工程泥质砾岩扰动样的流变、渗透和浸水软化特性，然后，简要介绍泥质砾岩隧洞的施工方法和支护形式并根据材料特性，模拟施工过程，湿化饱和过程和钢筋混凝土瓦片形衬砌的结构形式，分析了围岩和衬砌的应力及变形，探讨了浸水软化对围岩长期稳定性的影响和失稳机制。     

泥质岩定义及分类问题的探讨

泥质岩为细粒沉积岩的主要类型，但国内外对其概念及分类有多种不同的理解，这给学术研究带来诸多困扰。文中梳理了国内外沉积学发展中泥质岩相关概念和定义的变迁，并试图建立一个实用的泥质岩(mudrock)分类体系。欧美国家多倾向于使用“泥质岩”一词，用于指粒径小于0.063 mm的细粒陆源碎屑岩，包括粉砂岩(粉砂含量大于2/3)、泥岩(粉砂和黏土含量都不超过2/3)和黏土岩(黏土含量超过2/3),其中发育纹层的岩石称为页岩；而前苏联学者则倾向于使用“黏土岩”一词，用于指黏土矿物含量大于50%的沉积岩，其中可劈裂成薄层的岩石称为页岩。国内外泥质岩及细粒沉积岩分类命名主要依据结构(粒级)、成分和沉积构造等特征，目前分类方案主要有2种，一种是多要素岩石综合分类方案，另一种是端元图式分类方案。笔者建议采用“泥质岩”一词作为细粒陆源沉积岩(物)的总称，指示主要由粒径0.004～0.063 mm的粉砂和小于0.004 mm的黏土组成的细粒陆源沉积岩；采用三棱柱图解分类方法，以碎屑矿物(主要是长英质碎屑矿物)、黏土矿物和内源矿物为三端元，划分出细粒陆源沉积岩(泥质岩)和细粒内源沉积岩2个大类，前者可进一步分...     

物元可拓模型对内蒙古地区膨胀土判别的应用

近年来的工程实践发现,内蒙古地区自东到西均有膨胀土分布,如何正确认识并分析膨胀土的膨胀性以及正确对膨胀土进行分类,具有重要的意义。然而,仅仅运用单一指标的规范分类法对膨胀土进行简单的分类则显得比较单一。本文运用可拓理论对内蒙古地区膨胀土胀缩等级进行了分析,并且将预测结果与规范法进行了对比,对比结果表明,该方法对内蒙古地区膨胀土判别与分类有较好的适用性。这也说明物元可拓理论是一种比较科学的分类方法,它克服了规范等单一因子分类的不足,具有较好的实用性与可行性。     

膨胀岩的判别与分类和隧道工程

本文主要论述了国内外膨胀岩的一些判别与分类的准则和方法．列举了膨胀岩的野外地质特征，提出了隧道工程中膨胀岩的判别与分类技术指标，供隧道设计和施工人员参考．     

膨胀岩的胀缩与孔径分布的试验研究

本文系采用高宾空冷冻升华干燥法,对湖北省鄂州市太和膨胀岩和阳新膨胀岩进行了水份变化而引起的孔径分布变化规律的研究,揭示了不同含水状态下膨胀岩的孔径分布状况,为深入研究膨胀岩的胀缩过程及其与工程性质的关系提供了一个新的研究方法,预计对膨胀岩的膨缩机理研究具有理论意义。